65556

Експериментально–розрахунковий аналіз деформацій циліндричних оболонок в зоні удару

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Циліндричні оболонки можуть служити моделлю для ряду елементів конструкцій на які діють ударні навантаження. При розробці математичної моделі напружено–-деформованого стану було використано систему рівнянь коливання оболонки типу С.

Украинкский

2014-07-31

1.99 MB

0 чел.

15

Національна академія наук України

Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного

Ярижко Олександр Володимирович

УДК 539.3  

Експериментально–розрахунковий аналіз деформацій циліндричних оболонок в зоні удару

05.02.09 – динаміка та міцність машин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного

НАН України

Науковий керівник   доктор технічних наук, професор

    Воробйов Юрій Сергійович

    Інститут проблем машинобудування

ім. А.М. Підгорного НАН України,

завідувач відділу нестаціонарних механічних процесів

Офіційні опоненти   доктор технічних наук, професор

    Астанін В’ячеслав Валентинович

    Національний авіаційний університет

    МОН України,

    завідувач кафедри механіки

    доктор технічних наук, професор

    Бреславський Дмитро Васильович

    Національний технічний університет «ХПІ»

МОН України,

    декан інженерно–фізичного факультету

Захист відбудеться   « 26 »   травня     2011 р. о  __14__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.180.01 в Інституті проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України за адресою:

61046, м. Харків, вул. Дм. Пожарського, 2/10.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України за адресою:

61046, м. Харків, вул. Дм. Пожарського, 2/10.

Автореферат розісланий «22»        квітня           2011 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук      О.О. Стрельнікова


Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Поведінка тонкостінних елементів конструкцій під дією локальних короткочасних навантажень, включаючи ударні та імпульсні, становить значний інтерес для сучасної техніки. Розрахунок динамічного напружено–деформованого стану є одним з основних засобів визначення динамічних міцнісних властивостей конструкцій, моделювання нових конструкційних і експлуатаційних особливостей, а також оцінки збереження цілісності конструкційних елементів при екстремальних режимах експлуатації.

У загальній постановці динамічна задача деформації пружнопластичного тонкостінного конструкційного елемента під дією ударного навантаження є нелінійною як фізично, так і геометрично. Складність таких задач та необхідність багатоваріантних досліджень для пошуку раціональних параметрів елементів конструкцій викликає необхідність створення інженерних розрахункових методів.

Для аналізу динамічного напружено–деформованого стану раціонально застосовувати комплексний підхід з використанням експериментальних і чисельних методів. Найцікавішою слід вважати зону контактного удару.

Потрібно відзначити, що експериментальні дослідження достатньо трудомісткі та затратні. Тому доцільно використовувати їх результати для побудови експериментально–розрахункового методу. Такі методи достатньо ефективні та відображають реальні процеси швидкісної деформації, виявлені експериментально.

Циліндричні оболонки можуть служити моделлю для ряду елементів конструкцій, на які діють ударні навантаження. Водночас такі елементи дозволяють провести достатньо докладні дослідження їх поведінки при локальному навантаженні і використати теоретичні і експериментальні результати для розробки експериментально–розрахункового методу аналізу деформацій.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Інституті проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного Національної академії наук України відповідно до держбюджетної теми «Розробка наукових основ комплексного удосконалення міцнісних динамічних властивостей новітніх конструкцій і матеріалів енергетичного та іншого обладнання з урахуванням технологічних і експлуатаційних факторів» (2006–2010 рр. № ДР 0106U000485) та за конкурсною тематикою спільних проектів фундаментальних досліджень вчених наукових установ НАН України та Сибірського відділення Російської академії наук «Чисельне моделювання нестаціонарної взаємодії складних пружних конструкцій з рідиною чи газом» (2006–2008 рр., № ДР 0106U008609).

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є експериментальний аналіз деформованого стану циліндричних оболонок при різних варіантах ударного навантаження та розробка експериментально–розрахункового методу визначення деформованого стану оболонкових конструкцій в зоні удару для інженерних розрахунків у різних галузях машинобудування.

Задачі дослідження:

– розробка методики і підбір устаткування для експериментального визначення напружено–деформованого стану оболонкових конструкцій при локальному контактному ударному навантаженні;

 проведення експериментальних досліджень та обробка їх результатів;

– аналітичне розв’язання задачі деформування оболонкових конструкцій при локальному контактному ударному навантаженні з урахуванням нерівномірності розподілу навантаження в межах зони контакту;

– визначення закономірностей залежності деформованого стану елементів конструкцій від різних факторів та побудова експериментально–розрахункового методу для визначення динамічних деформацій при локальному ударному навантаженні на основі аналізу результатів експерименту і аналітичного розв’язку .

Об’єкт дослідження – динамічний деформований стан елементів конструкцій типу циліндричних оболонок під дією локального ударного навантаження.

Предмет дослідження – елементи конструкцій типу циліндричних оболонок під дією локального ударного навантаження.

Методи дослідження. При проведенні експериментальних досліджень використовувався метод планування експерименту, метод широкосмугової тензометрії та методи обробки експериментальних результатів. При розробці математичної моделі напружено–деформованого стану було використано систему рівнянь коливання оболонки типу С. П. Тимошенка. При теоретичному дослідженні цієї системи були застосовані операторний метод перетворення Лапласа за часом, косинус–перетворення Фур’є за координатами. Навантаження визначалося ітераційним методом з покроковою лінеаризацією. При розробці експериментально–розрахункового методу використовувався аналіз сукупності експериментальних даних методом найменших квадратів. Для перевірки адекватності розробленого  методу реальним експериментальним даним застосовувався коефіцієнт множинної кореляції та статистичний критерій згоди Фішера.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Отримані нові результати експериментальних досліджень деформування циліндричних оболонок різної товщини під дією контактного ударного навантаження ударниками різної маси з різними швидкостями, які відображають розподіл деформацій у подовжньому і окружному напрямках  в зоні удару.

2. Отримано новий аналітичний розв’язок задачі поведінки циліндричної оболонки під дією локального ударного навантаження, який відрізняється використанням моделі оболонок типу С.П. Тимошенка, що враховує вплив сил зсуву та інерції повороту, а також врахуванням нерівномірного розподілу навантаження в області контакту.

3. Розроблено експериментально–розрахунковий метод для визначення динамічних деформацій циліндричних оболонок під дією локального контактного навантаження на основі використання результатів теоретичних та експериментальних досліджень.

Практичне значення отриманих результатів

Експериментально–розрахунковий метод може бути використаний для ефективного аналізу динамічних деформацій елементів конструкції, які мають форми циліндричних оболонок.

Окремі результати, рекомендації та висновки виконаних прикладних досліджень, які наведено в дисертаційній роботі, використано та впроваджено на ряді підприємств України, а саме:

  •  ВАТ НПП «Оснащення» (м. Харків);
  •  Державному підприємстві "Харківський науково–дослідний інститут технології машинобудування" (м. Харків);
  •  в учбовому процесі на кафедрі будівельних і дорожніх машин Харківського національного автомобільно–дорожнього університету.

Особистий внесок здобувача

Основні наукові результати, що наведені в дисертаційній роботі та опубліковані в роботах [1 – 17], отримані автором самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, авторові належать такі результати: у роботах [1, 9] – обгрунтування вибору об'єкту дослідження, розробка методики проведення експерименту, вибір структури інформаційно–вимірювального комплексу, створення елементів експериментальної установки для дослідження напружено–деформованого стану циліндричних оболонок при контактному ударі, проведення експериментів і отримання результатів; [2, 13] – проведення тестових експериментальних досліджень поведінки циліндричних оболонок різної товщини при поперечному контактному ударі, зіставлення експериментальних результатів з чисельними для перевірки достовірності останніх; [11, 12] – розробка програмного забезпечення для обробки експериментальних даних, яке дозволило автоматизувати подання, перетворення і збереження отриманих результатів, використати функцію шумозаглушення, скоротити час обробки даних, а також спростити візуалізацію результатів експериментів; [4, 5] – участь у постановці задачі та виборі моделі і методу дослідження динамічного напружено–деформованого стану циліндричної оболонки при контактному ударі, розробка нових підходів щодо розв’язання задачі, реалізація методу та виконання чисельних розрахунків, участь у аналізі результатів і формулюванні висновків; [14] – участь у розрахунку динамічного напружено–деформованого стану елементів конструкцій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи доповідалися й обговорювалися на таких конференціях та семінарах: ХІІ, ХІІІ міжнародній науково–технічній конференції «Фізичні та комп’ютерні технології в народному господарстві» (Харків, 2006, 2007 р.); 9–тій міжнародній науково–технічній конференції «Системний аналіз і інформаційні технології» (Київ, 2007 р.); міжнародній науково–технічній конференції «Сучасний стан використання імпульсних джерел енергії в промисловості» (Харків, 2007 р.); міжнародній науково–технічній конференції «Актуальні проблеми механіки суцільного середовища і міцності конструкцій» (Дніпропетровськ, 2007 р.); 9–тій міжнародній промисловій конференції «Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах» (с. Славське, 2009 р.); конференціях молодих вчених «Сучасні проблеми машинобудування» (Харків, 2005–2008 рр).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 17 наукових праць, серед яких 7 статей у спеціалізованих журналах і збірниках, 2 доповіді й 8 тез доповідей у працях міжнародних науково–технічних конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 4 розділів, висновків, 1 додатку та списку використаних джерел із 162 найменувань на 17 сторінках. Повний обсяг дисертації складає 125 сторінок, з них 86 сторінок основного тексту, 40 ілюстрацій, 4 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовується актуальність задачі дослідження за темою дисертаційної роботи, формулюються мета та задачі дослідження, вказуються об’єкт, предмет і методи досліджень, відзначається наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, а також особистий внесок автора в роботах, виконаних у співавторстві, апробація результатів дисертації і кількість публікацій, виконаних за темою дисертаційної роботи.

У першому розділі на основі аналізу літературних джерел, які опубліковані у вітчизняних та закордонних виданнях, надано оцінку стану проблеми за темою дисертації. Результат проведеного аналізу показує, що не зважаючи на інтенсивні експериментальні і теоретичні дослідження швидкісної деформації елементів конструкції при короткочасних навантаженнях, ряд питань вимагає додаткових досліджень, особливо це стосується аналізу динамічного напружено–деформованого стану при контактному ударі в зоні контакту ударника і об'єкта, що деформується.

У другому розділі викладені методика і результати експериментального дослідження контактного удару по циліндричній оболонці. Для дослідження напружено–деформованого стану циліндричних оболонок при поперечному контактному ударі застосовується вертикальний ударний стенд (рис. 1), який створює ударне навантаження оболонок шляхом скидання на їх поверхню сталевих вантажів.

Методика дослідження відзначалася такими особливостями: використання широкосмугової вимірювальної апаратури для реєстрації процесу швидкісного деформування та багатоканальної апаратури, яка давала можливість одночасної реєстрації з різних точок об’єкта; використання малобазових тензометричних датчиків, малоінерційного монтажу і принципу інваріантності навантаження при контактному ударі, що дозволяє використовувати невелику кількість тензометричних датчиків для отримання поля деформації.

Переваги даних методів такі: мала база і мала ємність практично безінерційних датчиків приводять до малої сталої часу, що забезпечує реєстрацію високочастотних динамічних процесів без спотворень; незначна маса тензорезисторів, відсутність інерційних спотворень дозволяє реєструвати процеси при високих прискореннях; чутливість тензорезистора, встановлена статичним шляхом, зберігає своє значення практично незмінним при імпульсній деформації; мала база датчиків дає можливість наклеювати їх в складних місцях конструкцій в умовах обмеженого простору. Орієнтація тензодатчиків на поверхні оболонки обиралася вздовж напрямів головних деформацій φ, εx) (рис. 2).

В ході експерименту досліджувалися оболонки з трьома різними товщинами (1.4; 4.0; 9.5 мм), було прийнято чотири рівні висоти скидання вантажу (0.5; 0.75; 1.0; 1.25 м) і три варіанти маси вантажу ( 350 г; 830 г; 1700 г).

До першого етапу обробки результатів експерименту входили такі основні операції: конвертація файлів з даними; перетворення сигналу датчика у величину деформації за допомогою тарувального коефіцієнта; знаходження середньоарифметичного значення сигналу датчика за трьома експериментами; збереження отриманої інформації. Для виконання даних операцій і скорочення часу їх виконання автором була створена програма Exper1.

На рис. 3 наведено типові графіки визначеної інтенсивності деформації для однієї з точок тензометрування № 2 (рис. 2), товщина оболонки складає 9.5 мм (а – стала швидкість ; б – стала маса ).

 

   а)       б)

Рис. 3. Приклад визначеної інтенсивності деформації

Наступний етап обробки результатів експерименту складався з визначення максимальних значень інтенсивності деформації для всіх точок тензометрування, а також з підбору і побудови емпіричних залежностей цих значень від величини імпульсу удару. На рис. 4 наведені емпіричні криві та експериментальні дані для всіх точок тензометрування (номер кривої), побудованих за допомогою функції .

  а)       б)

Рис. 4. Апроксимація залежності max(εi)=f (mV) функцією  за товщиною оболонки: а) – 9.5 мм; б) – 4.0 мм

Кінцевим результатом обробки експериментальних даних було побудова графіків залежності максимальних значень інтенсивності деформації від величини імпульсу удару і відстані до місця прикладення навантаження як в подовжньому (рис. 5, а), так і у окружному напрямах (рис. 5, б); побудова графіків залежності максимальних значень інтенсивності деформації від значення імпульсу удару і величини h/R, що характеризує геометрію оболонки (рис. 6, а – для точок тензометрування в подовжньому напрямі; рис. 6, б – для точок тензометрування в окружному напрямі).

  а)       б)

Рис. 5. Графіки залежності максимальних значень інтенсивності деформації max(εi) від величини імпульсу удару mV і координати в подовжньому і окружному напрямах для різної товщини оболонки

  а)       б)

Рис. 6. Графіки залежності максимальних значень інтенсивності деформації max(εi) від значення імпульсу удару mV і величини h/R, що характеризує геометрію оболонки, для різних точок тензометрування

Отримані графіки залежностей являють самостійний інтерес, але для отримання більш універсальних залежностей і експериментально–розрахункового методу потрібні додаткові дослідження.

У третьому розділі проведено дослідження напружено–деформованого стану замкнутої пружної циліндричної оболонки скінченної довжини при контактному ударі сферичним твердим тілом для визначення характеру залежності деформації від параметрів навантаження та геометрії оболонки. Задача розв’язувалась на основі функціонального рівняння удару С. П. Тимошенка, що враховує зближення падаючого тіла з оболонкою при стисненні в місці контакту

,   (1)

де   – нормальне переміщення серединної поверхні оболонки в центрі удару;  – втискування у зоні удару, що визначається залежністю Герца;  – швидкість зіткнення;  – зусилля контактної взаємодії ударника з перешкодою; координата вздовж осі оболонки;  – координата, що направлена по дотичній до кола ();  – час.

Ліва частина рівняння (1) є переміщенням тіла масою , що має у момент зіткнення з оболонкою швидкість , де – прискорення вільного падіння ; – висота падіння тіла.

Для інтегрування рівняння (1) було поділено період  на  інтервалів . Було припущено, що в кожному інтервалі часу  сила P(t) змінюється за лінійним законом. Обчислюючи значення лівої частини рівняння (1), отримано переміщення падаючого тіла  у момент часу 

.  (2)

Нормальне переміщення серединної поверхні оболонки в центрі удару знайдено з розв’язку задачі деформації шарнірно опертої замкненої циліндричної оболонки типу С. П. Тимошенка, що враховує хвильовий характер швидкісної деформації.

Для розв’язання скористалися косинус–перетворенням Фур’є за координатами x і у та перетворенням Лапласа за часом .

Якщо початок системи координат співпадає з центром удару в середині довжини оболонки, тоді нормальне переміщення серединної поверхні оболонки та складова імпульсного (ударного) навантаження набуде вигляду

,   (3)

,   (4)

де   – відстань від місця прикладення навантаження до місця закріплення оболонки;  – довжина кола.

Було припущено, що складова імпульсного (ударного) навантаження розподілена по площі області контакту радіусом  нерівномірно, згідно з законом

.    (5)

Тоді

 (6)

де  – площа зони контакту з радіусом .

Для обчислення подвійного інтеграла в виразі (6) використовувалися функції Бесселя, інтеграли Пуассона і Соніна. Остаточна залежність для коефіцієнтів  набуде вигляду

.  (7)

Підставивши вирази (4) і (5), з урахуванням (7) в систему рівнянь коливань оболонки типу С. П. Тимошенка, отримано вираз для знаходження коефіцієнтів

.    (8)

Для циліндричної оболонки розв’язувальними операторами будуть

де  – радіус серединної поверхні;  – товщина оболонки;  – густина матеріалу;  – коефіцієнт Пуассона ();  – коефіцієнт пружності (МПа); – коефіцієнт зсуву;;; ; ; .

Для знаходження оригіналів виразу (8) скористаємося теоремою про згортку

, (9)

де  ;

корені бічетвертого порядку ;

 – символ Кронекера.

Інтегруючи частинами вираз (9), для отримуємо :

де  ,

,

,

,

.

Нормальне переміщення серединної поверхні оболонки набуде вигляду (3).

Значення  визначається з рівняння  крок за кроком, починаючи з першого інтервалу часу , для якого ,  .

Застосовуючи методи чисельного диференціювання, з системи рівнянь оболонки типу С. П.  Тимошенка, отримуємо переміщення точок серединної поверхні і кути повороту у напрямі координатних восей.

Наведенні в даному розділі розв’язок отримано з метою визначення структури розв’язування. Аналіз дав можливість стверджувати, що аналітичний розв’язок не носить явного мультиплікативного характеру, тому слід шукати більш загальні залежності, в яких враховується взаємний вплив основних характеристик навантаження та оболонок.

Крім того, слід зазначити, що розв’язок є надто складним для практичного використання. Це пов'язано з необхідністю визначення комплексних коренів алгебраїчних рівнянь 8–го порядку, обчислення малих різниць великих величин, проведення ітераційного процесу, який може привести до втрати точності на кожній ітерації. Також треба відзначити, що цей розв’язок отриманий для всієї оболонки і має значну складність, тоді як інтерес становить набагато більш обмежена ділянка навколо місця контакту.

У четвертому розділі запропонована методика експериментально–розрахункового аналізу деформованого стану оболонкових конструкцій при локальному контактному ударному навантаженні.

На основі аналізу теоретичних досліджень і чисельних розрахунків обрано вид апроксимуючої функції для опису процесу деформації циліндричної оболонки .

Запропонована методика [7] грунтується на принципах регресійного аналізу. Отримана аналітична залежність є добутком функцій, кожна з яких відображає внесок в процес деформації окремих чинників. Характерною відзнакою методу є перевірка правильності підбору окремих залежностей на кожному етапі побудови

. (10)

Результати розрахунків інтенсивності деформації для будь–яких параметрів навантаження і оболонки залежно від часу визначаються завдяки залежності (10) досить просто. Вони не містять будь–яких особливостей і завжди можуть бути скореговані для будь–якого конкретного випадку. Розроблений метод дає можливість визначити деформований стан та побудувати поверхні розподілу інтенсивності деформацій в залежності від параметрів навантаження та оболонкових елементів. На рис. 7 наведена поверхня, на якій лежить розв’язок задачі залежно від параметрів  і .

На рис. 8 наведений графік залежності інтенсивності деформації  від часу  для конкретних випадків навантаження і товщини оболонки, які отримані безпосередньо обробкою експериментальних даних і на підставі розрахунків за формулою (10). Якісний аналіз наведених графіків дозволяє стверджувати, що параметри основного імпульсу деформації узгоджуються як за амплітудою, так і за тривалістю. Розбіжність не перевищує припустимої похибки при інженерних розрахунках, що підтверджує зображена на тому ж рисунку діаграма розподілу величини відносної похибки і її середньоарифметичне значення. Крім того, слід зазначити, що найбільші похибки лежать в області найменших деформацій, а похибка при визначенні максимального значення інтенсивності деформації не перевищує 5 %.

Рис. 7. Розрахункова залежність  ()

Рис. 8. Експериментальна і розрахункова залежності  ()

Перевірка адекватності експериментально–розрахункового методу реальним експериментальним даним передбачала проведення перевірного експерименту. Для якісної оцінки розсіяння експериментальних даних навколо функції  використовувався коефіцієнт множинної кореляції . Для кількісної оцінки адекватності застосовувалися різні статистичні критерії згоди, зокрема критерій Фішера.

При зіставленні усереднених результатів перевірного експерименту (по трьох серіях) і значень залежності  як функції двох змінних, коефіцієнт множинної кореляції і критерій Фішера  мали такі значення:

  •  , < – з вірогідністю  залежність  є адекватною (рис. 9);
  •  , < – з вірогідністю  залежність  є адекватною (рис. 10).

Рис. 9 Експериментальна (1) і розрахункова (2) залежності ()

Рис. 10 Експериментальна (1) і розрахункова (2) залежності ()

За допомогою розробленої методики були проведені дослідження небезпеки наслідків попадання уламків при будівельно–дорожніх роботах в транспортні засоби. Розглядався випадок роботи дорожньої фрези при виконанні робіт по фрезеруванню асфальтобетонного покриття. При цьому можливий виліт уламків. При робочих обертах фрези 350 об/хв початкова швидкість уламка складає V = 6,2 м/с. Орієнтовна маса типового уламка
m = 0,22 кг. Була визначена деформація двох газових балонів різного радіуса (R1 = 0,15 м, R2 = 0,30 м, h= 0,003 м), які використовуються в транспортних засобах.

На рис. 11 показані графіки розподілу  довкола зони удару у часі. Результати розрахунків свідчать, що максимальні значення  менші, ніж межа пружності, тому в даному випадку пластичних деформацій  та руйнування циліндричної конструкції не спостерігається.

Рис. 11. Графік розподілу  довкола зони удару у часі

(а) – радіус балона R1 = 0,15 м; б) – радіус балона R2 = 0,30 м)

Результати багатоваріантних розрахунків згідно з розробленим методом були використані на ВАТ НПП «Оснащення» (м. Харків) та Державному підприємстві "Харківський науково–дослідний інститут технології машинобудування" (м. Харків) для оцінки динамічного деформованого стану елементів оснастки при обробці матеріалів тиском та підвищення їх надійності та довговічності , про що свідчать довідки про впровадження.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі розроблено новий експериментально–розрахунковий метод аналізу деформованого стану оболонкових конструкцій при локальному контактному ударному навантаженні. Найбільш важливі наукові та практичні результати дисертаційної роботи містять таке:

1. Отримані нові результати експериментальних досліджень динамічного деформування оболонок різної товщини, які відображають розподіл деформацій у поздовжньому та окружному напрямах під дією локального ударного навантаження ударниками різної маси при різних швидкостях.

2. Обробка результатів експериментальних досліджень дала можливість виявити нові залежності, що характеризують процес швидкісного деформування та відображають вплив швидкості, маси ударника, величини імпульсу на інтенсивність деформації і розподіл її у зоні удару.

3. Отримано новий аналітичний розв’язок задачі динамічної поведінки циліндричної оболонки  типу С. П. Тимошенка під дією локального ударного навантаження за допомогою перетворення Лапласа за часом і косинус–перетворення Фур’є за координатами з урахуванням нерівномірного розподілення навантаження у зоні контакту.

4. Зіставлення результатів експериментальних і теоретичних досліджень дозволили уточнити характер динамічного деформування циліндричної оболонки і вплив на цей процес різних чинників.

5. На основі результатів даних досліджень побудований експериментально–розрахунковий метод оцінки динамічного деформування циліндричної оболонки під дією локального ударного навантаження, що враховує вплив таких параметрів: відносної товщини оболонки, маси і швидкості ударника, місця прикладання навантаження і змінення деформації залежно від відстані в подовжньому і окружному напрямах, а також від часу протікання процесу.

6. Проведена перевірка адекватності залежності, що побудована експериментально–розрахунковим методом, реальному процесу за допомогою перевірного експерименту на основі коефіцієнта множинної кореляції і критерія згоди Фішера.

7. Окремі результати, рекомендації і висновки виконаних прикладних досліджень, які наведені в дисертаційній роботі, використані і впроваджені на підприємствах України: ВАТ НПП «Оснащення» (м. Харків); Державному підприємстві "Харківський науково–дослідний інститут технології машинобудування" (м. Харків); в учбовому процесі на кафедрі будівельних і дорожніх машин Харківського національного автомобільно–дорожнього університету.

Публікації за матеріалами дисертаційної роботи

  1.  Ярыжко А.В Воздействие локальной ударной нагрузки на цилиндрическую оболочку / А.В Ярыжко, М.В. Чернобрывко, Ю.С. Воробьев // Автомобільний транспорт. – Харків: ХНАДУ. – 2005. – Вип. 17. – С. 89–91.
  2.  Проблемы анализа скоростного деформирования элементов конструкции при импульсном нагружении / Ю.С. Воробьев, М.В. Чернобрывко, А.В. Ярыжко, Д.И. Степанченко, Н.Ю. Евченко // Авиационно–космическая техника и технологии. – Харків: НАКУ «ХАІ» – 2007.– Вып. 11(47). – С. 35–43
  3.  Ярыжко А.В. Поведение сегмента цилиндрической оболочки при локальном ударе / А.В. Ярыжко // Вестник ХНАДУ – Харьков: ХНАДУ. – 2007. – Вып. 38. – С. 158–160.
  4.  Воробьев Ю.С. Анализ деформирования цилиндрической оболочки при ударе твердым телом / Ю.С. Воробьев, А.В. Колодяжный , А.В. Ярыжко // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства. Вип. «Проблеми надійності машин та засобів механізації сільськогосподарського виробництва». – Харків: ХНТУСГ. – 2008. – Вип. 69. – С. 279–284.
  5.  Воробьев Ю.С. Скоростное упруго–пластическое деформирование цилиндрической оболочки при локальном ударе / Ю.С. Воробьев, А.В. Колодяжный, А.В. Ярыжко // Вісник національного технічного університету «ХПІ», «Динаміка і міцність машин» – Харків: НТУ «ХПІ» – 2008. – Вип. 36. – С. 40–48.
  6.  Ярижко О.В. Теоретичне дослідження напружено–деформованого стану пружної циліндричної оболонки при поперечному контактному ударі. / О.В. Ярижко // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства. Вип. «Проблеми надійності машин та засобів механізації сільськогосподарського виробництва». – Харків: ХНТУСГ. – 2009. – Вип. 80. – С. 293–299.
  7.  Ярыжко А.В. Расчетно–экспериментальный метод определения динамического деформационного состояния оболочечных конструкций при локальном ударе / А.В. Ярыжко // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства. Вип. «Проблеми надійності машин та засобів механізації сільськогосподарського виробництва». – Харків: ХНТУСГ. – 2010. – Вип. 100. – С. 233–239.
  8.  Ярыжко А.В Экспериментальные исследования динамических напряжений оболочек при локальном ударе / Ярыжко А.В // Тезисы докладов конференции молодых ученых и специалистов ИПМаш НАН Украины «Современные проблемы машиностроения», Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2005. – C.21. 
  9.  Экспериментально–теоретическое исследование деформирования цилиндрической оболочки при локальном ударе / Ю.С. Воробьев, М.В. Чернобрывко, А.В. Ярыжко, Д.И. Степанчено // Физические и компьютерные технологии: Труды 12–й Международной научно–технической конференции, Харьков, 7–8 июня, 2006. C. 137 – 139.
  10.  Ярыжко А.В. Экспериментальные исследования локальной зоны ударного нагружения цилиндрической оболочки / А.В. Ярыжко // Тезисы докладов конференции молодых ученых и специалистов ИПМаш НАН Украины «Современные проблемы машиностроения», Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2006. – C.21.
  11.  Обработка результатов экспериментального исследования ударного нагружения цилиндрической оболочки / Ю.С. Воробьев, М.В. Чернобрывко, А.В. Ярыжко, Д.И. Степанчено // Физические и компьютерные технологии. Труды 13–й Международной научно–технической конференции, Харьков, 19–20 апреля, 2007.– C. 425 – 427.
  12.  Расчетно–экспериментальный метод анализа локального удара по цилиндрической оболочке / Ю.С. Воробьев, М.В. Чернобрывко, А.В. Ярыжко, Д.И. Степанченко // Системный анализ и информационные технологии. Тезисы докладов 9–й Международной научно–технической конференции, Киев, 15–19 мая, 2007.С.38.
  13.  Проблемы анализа скоростного деформирования элементов конструкции при импульсном нагружении / Ю.С. Воробьев, М.В. Чернобрывко, А.В. Ярыжко, Д.И. Степанчено, Н.Ю. Евченко // Современное состояние использования импульсных источников энергии в промышленности: Тезисы докладов международной научно–технической конференции, Харьков, 3–5 октября, 2007 – С. 12–13.
  14.  Воробьев Ю.С. Динамика оребренных элементов конструкций при ударно–волновом воздействии / Ю.С. Воробьев, М.В. Чернобрывко, А.В. Ярыжко // Актуальні проблеми механіки суцільного середовища і міцності конструкцій: Тезисы докладов международной научно–технической конференции, Днепропетровск, 1719 октября, 2007.– C. 246–248.
  15.  Ярыжко А.В. Комплексное исследование ударного нагружения цилиндрической оболочки / А.В. Ярыжко // Тезисы докладов конференции молодых ученых и специалистов ИПМаш НАН Украины «Современные проблемы машиностроения», Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2007.– C.17. 
  16.  Ярыжко А.В. Локальный удар по цилиндрической оболочке / А.В. Ярыжко // Тезисы докладов конференции молодых ученых и специалистов ИПМаш НАН Украины «Современные проблемы машиностроения», Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2008.– C.19.
  17.  Ярыжко А.В. Расчетно–экспериментальный метод определения деформационного состояния оболочечных конструкций при локальном ударе / А.В. Ярыжко // Тезисы докладов конференции молодых ученых и специалистов ИПМаш НАН Украины «Современные проблемы машиностроения», Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2009.– C.19.

АНОТАЦІЯ

Ярижко О.В. Експериментально–розрахунковий аналіз деформацій циліндричних оболонок в зоні удару. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 – динаміка та міцність машин. – Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, Харків, 2010.

Дисертаційна робота присвячена експериментально–розрахунковому аналізу деформованого стану циліндричних оболонок в зоні удару при різних варіантах ударного навантаження .

На основі нових результатів експериментальних досліджень деформування циліндричних оболонок різної товщини під дією контактного ударного навантаження ударниками різної маси з різними швидкостями отримано залежності максимальних значень інтенсивності деформацій від параметрів навантаження та оболонки.

Побудовано новий аналітичний розв’язок задачі поведінки циліндричної оболонки під дією локального ударного навантаження, що грунтується на використанні системи рівнянь коливання оболонок С.П. Тимошенка, в якому було враховано нерівномірний розподіл навантаження в області контакту.

Аналіз структури аналітичного розв’язку та результатів експериментальних досліджень, дозволили розробити експериментально–розрахунковий метод оцінки динамічного деформування циліндричної оболонки в зоні удару, що враховує вплив таких параметрів: відносної товщини оболонки, маси і швидкості ударника, місця прикладання навантаження і змінення деформації залежно від відстані в подовжньому і окружному напрямах, а також від часу протікання процесу. Проведена перевірка адекватності побудованої залежності реальному процесу за допомогою перевірного експерименту на основі коефіцієнта множинної кореляції і критерію згоди Фішера. Розбіжність не перевищує припустимої похибки при інженерних розрахунках. Результати та рекомендації прикладних досліджень дисертаційної роботи використані на декількох підприємствах України.

Ключові слова: динамічний деформований стан; циліндрична оболонка; ударне навантаження; експериментально–розрахунковий метод; зона удару.

АННОТАЦИЯ

Ярыжко А.В. Экспериментально–расчетный анализ деформаций цилиндрических оболочек в области удара. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.09 – динамика и прочность машин. – Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, Харьков, 2010.

Диссертационная работа посвящена экспериментально-расчетному анализу деформированного состояния цилиндрических оболочек в области удара при различных вариантах ударной нагрузки .

Проведен комплекс экспериментальных исследований деформирования цилиндрических оболочек разной толщины под действием контактной ударной нагрузки ударниками разной массы с разными скоростями. Использовались розетки малобазных тензодатчиков и многоканальная регистрирующая аппаратура. Для обработки больших массивов экспериментальных данных было разработано программное обеспечение. На основе новых результатов экспериментальных исследований получены зависимости максимальных значений интенсивности деформаций от параметров нагрузки и оболочки.

Построено новое аналитическое решение задачи деформирования цилиндрической оболочки с учетом сдвига и инерции поворота под действием локальной ударной нагрузки при неравномерном распределении нагрузки в области контакта.

Анализ структуры аналитического решения и результатов экспериментальных исследований, позволили разработать экспериментально-расчетный метод оценки динамического деформирования цилиндрической оболочки в области удара. Метод учитывает влияние относительной толщины оболочки, массы и скорости ударника, места приложения нагрузки и изменения деформации в зависимости от расстояния в продольном, окружном направлениях и времени протекания процесса. Результаты расчетов реальных конструкций показали высокую эффективность метода. Для оценки достоверности результатов проведен проверочный эксперимент. Выполнена проверка адекватности построенной зависимости реальному процессу на основе коэффициента множественной корреляции и критерия согласия Фишера. Полученное отклонение не превышает допустимую погрешность при инженерных расчетах. Результаты и рекомендации выполненных прикладных исследований использованы на предприятиях Украины ОАО НПП «Оснастка» (г. Харьков) и ГП «Харьковский научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (г. Харьков) для повышения надежности и долговечности оснастки для обработки материалов давлением.

Ключевые слова: динамическое деформированное состояние; цилиндрическая оболочка; ударная нагрузка; экспериментально-расчетный метод; область удара.

ABSTRACT

A. V. Yaryzhko, Experimental and calculation strain analysis of cylindrical shells in the shock region. – Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of Technical sciences by specialty 05.02.09 – Dynamics and Strength of Machines. A. N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, 2010

The dissertation is devoted to experimental and calculation state analysis of a cylindrical shell strain at different variants of shock load.

On the basis of new results in experimental research of strain of cylindrical shells with different thickness under contact shock load by striker bars of different weight with various velocities there have been obtained dependency of maximal strain intensity values on the load and the shell parameters.

A new analytical solution of the problem of cylindrical shell strain under the local shock load taking into account nonequilibrium distribution of the load in the contact area has been developed.

The analytical solution structure and the experimental research results have allowed to work out experimental and calculation method of strain estimation of the dynamic cylindrical shell at the shock region. The method takes into account influence of the shell relative thickness, weight and velocity of striker bar, load point and strain change depending on the distance in the longitudinal, circumferential directions and the process time. The check of adequacy of the developed dependency to the real process on the basis of the multiple correlation coefficient and Fisher test for concordance. The deviation obtained does not exceed a permissible error at engineering design. The results and recommendations of the carried out applied research have been used at the Ukrainian enterprises.

Key words: dynamic strain state; cylindrical shell; shock load; experimental and calculation method; shock region


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55691. РАЗВИТИЕ ТВОРЧЕСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ УЧАЩИХСЯ НА УРОКАХ РУССКОГО ЯЗЫКА 140.5 KB
  Основные задачи педагога по развитию творческих способностей учащихся. Виды творческих работ на уроках русского языка Основные методические особенности сочинений-этюдов Творческие работы учащихся...
55692. ТЕХНОЛОГІЇ ІНТЕРАКТИВНОГО НАВЧАННЯ ЯК ІННОВАЦІЙНЕ ПЕДАГОГІЧНЕ ЯВИЩЕ У ФОРМУВАННІ КЛЮЧОВИХ КОМПЕТЕНТНОСТЕЙ УЧНІВ 133 KB
  Формування компетентностей учнів зумовлене не тільки реалізацією відповідного оновленого змісту освіти але й адекватних технологій і методів навчання. Враховуючи що продуктом школи є людина особистість відзначимо основні задачі які підлягають реалізації...
55693. Національне виховання на уроках розвитку зв’язного мовлення 207.5 KB
  На жаль, нині ми маємо надзвичайно мало патріотів, котрі щиро вболівають за майбутнє та теперішнє держави. Чому це так? Тому, що відсутня відповідна політика держави, а як відомо «відсутність такої політики» - також політика.
55694. Корекційно-розвивальна робота з учнями з вадами фізичного та (або) розумового розвитку 228 KB
  Окрім того діти навчаються у школі де переважно ведуть сидячий спосіб життя і можуть ділитися своїми емоціями лише на коротких перервах чи на уроках фізкультури. Ці діти швидко відволікаються увага у них нестійка.
55696. ФОРМУВАННЯ ПРОФЕСІЙНОЇ КУЛЬТУРИ МАЙБУТНЬОГО ВЧИТЕЛЯ МУЗИКИ В ПОЗАНАВЧАЛЬНІЙ ДІЯЛЬНОСТІ ВНЗ 389 KB
  Студенти учасники ансамблю краще проводять заняття педагогічної практики у дитячому садку та школі бо їхнє тонке чуття музичних творів передається дітям а хвилювання яке притаманне студентам-практикантам під час проходження...
55697. Формування і розвиток комунікативної компетентності молодших школярів 244.5 KB
  Наше завдання полягає в тому щоб: а удосконалювати вміння правильно відповідати на поставлені запитання ставити запитання іншим вступати в розмову; б збагачувати мовлення дітей формулами мовленнєвого етикету...
55698. Використання інтерактивних технологій як засобу продуктивного навчання учнів початкових класів 338 KB
  Від якості навчання і виховання залежить формування культурних цінностей. Тому реформування загальної освіти супроводжується введенням нових спеціальних форм організації пізнавальної діяльності які мають конкретну мету –- створити такі умови навчання за якими би кожен учень міг успішно навчався...
55699. Участь студентів у позанавчальній роботі – необхідна передумова формування професійної компетентності випускника ВНЗ 2.16 MB
  На нашу думку поєднання аудиторної та позанавчальної роботи з додаткової спеціалізації Керівник дитячого хореографічного колективу яке реалізується у ВНКЗ Білгород-Дністровське педагогічне училище Одеської області через діяльність Народного ансамблю танцю Бессарабський сувенір сприяє...